Formmaschinen sind Werkzeugmaschinen der Sandformerei, die mit Hilfe der Werkzeuge (Modelleinrichtung, Kernkasten) aus den Werkstoffen (Form-, Kernformstoff) die Werkstücke Formen und Kerne (Formteile) herstellen. Die Aufgaben der Formmaschine sind:
- Einfüllen des Formstoffes in beziehungsweise auf das Formwerkzeug,
- Verdichten des Formstoffes in Verbindung mit der angestrebten Verfestigung,
- Ausformen beziehungsweise Ausschalen, das heißt Trennen der Form oder des Kernes vom Urformwerkzeug (Modell, Kernkasten).
Demzufolge können Formmaschinen nach verschiedenen Gesichtspunkten eingeteilt werden:
1. Trennmethode von Modell und Form (Ausformprinzip):
Nach dem Prinzip des Ausformens werden Formmaschinen untergliedert in Abhebeformmaschine (zum Beispiel Stiftenabhebeformmaschine), Aussenkformmaschine, Wendeplattenformmaschine, Gestellwendeformmaschine, Umrollformmaschine. Bild 1 zeigt diese Einteilung schematisch.
Das jeweilige Gusssortiment, vor allem in Hinblick auf Gestalt, Abmessungen und Masse, bestimmt die Einsetzbarkeit der verschiedenen Ausformprinzipien.
2. Antriebsart (hand-, pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch betriebene Formmaschinen):
Handformmaschinen, die praktisch nur zum mechanischen Trennen von Form und Modell dienen, da der Formsand von Hand auf das Modell aufgestampft wird, sind heute ohne Bedeutung. Alle anderen Antriebsarten sind zum großen Teil gemeinsam in der heutigen Formmaschinengeneration anzutreffen.
3. Anzahl der Stationen auf denen die notwendigen Arbeitsschritte realisiert werden:
Neben technologischen (zum Beispiel Füllen und Verdichten des Formstoffes, Ausformen) sind auch Manipulationsaufgaben (zum Beispiel Modellbereitstellung, Formkastenzu- und -abführung, Modellsäuberung) für die Herstellung einer Form beziehungsweise Formhälfte durch die Formmaschine zu realisieren. Nach der Anzahl der Stationen, auf denen sich diese Arbeitsgänge vollziehen, unterscheidet man Ein- und Mehrstationenformmaschinen. Bei Einstationenformmaschinen werden alle technologischen und Manipulationsaufgaben auf einer Station durchgeführt; ein kostengünstiges, maschinentechnisch einfaches aber zeitaufwendiges Verfahren. Wenn im Gegensatz dazu die Einzeloperationen auf mehrere Stationen verteilt und in der Regel gleichzeitig ablaufen, spricht man von Mehrstationen (Zwei-, Drei-, Vierstationen-) Formmaschinen. Diese Anlagen realisieren kurze Taktzeiten, erfordern jedoch höheren technisch-technologischen Aufwand.
4. Anzahl der Formmaschinen je Formanlage:
Zur Herstellung einer kompletten abgussfähigen Form werden jeweils ein Ober- und Unterkasten benötigt. Nach der Anzahl an Formmaschinen je Formanlage unterscheidet man Duplex-Maschinen und Simplex-Maschinen.
Zur Fertigung einer kompletten Form werden beim Duplex-Prinzip zwei getrennt arbeitende Formmaschinen benötigt. Sie stellen zeitlich parallel Unter- und Oberkasten beziehungsweise Unter- und Oberballen her. Dagegen erfolgt beim Simplex-Prinzip die Fertigung von Ober- und Unterkasten in einer Maschineneinheit. Dabei können die beiden Formhälften nacheinander mit einem im Takt der Maschine vorgenommenen Wechsel der Modellplatte hergestellt werden. Eine Fertigung von Unter- und Oberkasten ist gleichzeitig möglich. So werden auf Zwillingsformmaschinen Unter- und Oberkasten nebeneinander hergestellt. Unter- und Oberkasten beziehungsweise -ballen können gleichzeitig auch übereinander hergestellt werden.
Simplex-Formmaschinen haben einen wesentlich geringeren Platzbedarf und erreichen bei der Anwendung moderner Verdichtungsverfahren hohe Formleistungen.
5. Formart (kastenlose beziehungsweise kastengebundene Formmaschinen):
Die Fertigung von Grünsandformen ist mit kastengebundenen und kastenlosen Formmaschinen möglich. Kastengebundene Formanlagen mit leistungsfähigen Verdichtungsprinzipien benötigen angepasste Spezialformkästen. Solche Formkästen stellen Präzisionswerkzeuge dar, an die sehr hohe Anforderungen gestellt werden. Kastenlose Formmaschinen bieten hier Vorteile, wobei außerdem ein geringerer Platzbedarf und höhere Formleistung zu verzeichnen sind. Nachteile der kastenlosen Formmaschinen sind die meist höheren Formstoffkosten, eine geringe Auslastbarkeit der Formteilungsebene und eine Begrenzung der Flexibilität der Formtechnik. Die Variantenvielfalt der bekannten kastenlosen Formmaschinensysteme lässt sich prinzipiell in drei Gruppen unterteilen:
a) Formstrangprinzip (Strangformanlagen)
b) Formkammerprinzip
c) Formrahmenprinzip
Während in Gruppe b und c beim Verdichtungsvorgang Hilfskästen beziehungsweise -rahmen Verwendung finden, welche nach dem Ausformen vom Formballen abgestoßen werden, werden beim Formstrangprinzip einzelne Formblöcke hergestellt und als waagerechter Formstrang mit senkrechter Formteilung aneinandergereiht. Diese kastenlosen Formstränge (DISAMATIC-Formprinzip) haben den Vorzug, dass je Abguss nur ein einziges Formteil benötigt wird. Die beiden senkrechten Stirnflächen eines solchen Formteiles bilden jeweils eine Formhälfte für zwei aufeinander folgende Gussstücke oder Abgüsse.
Die hohen Anpressdrücke zwischen den einzelnen Formballen des Formstranges sichern im Zusammenwirken mit besonderen Klemm- und Transportsystemen (PMC-Wanderrost, Schrittförderrost) die Stabilität der Formballen beim Manipulieren und Gießen.
6. Formverdichtungsverfahren Formstoffverdichtungsverfahren
Die Verdichtungsarten unterscheiden sich sowohl in dem absoluten Betrag der erreichbaren Formeigenschaften, als auch in ihrem Verlauf über dem Formquerschnitt. Daraus ergeben sich optimale Einsatzbereiche sowie Einsatzgrenzen. Bild 2 gibt einen Überblick der wichtigsten Verdichtungsprinzipien.
Die erreichbaren Formfestigkeiten über die Formenhöhe werden vom Verdichtungsverfahren charakterisiert, (Formstoffverdichtungsverfahren).
Wird die Vorverdichtung des Formstoffes (Formkastenfüllung) nur durch die Schwerkraft (freier Fall) gewährleistet, spricht man von einstufigen Verdichtungsverfahren. Im Gegensatz dazu erfolgt bei der Zweistufenverdichtung das Einfüllen des Formstoffes durch eine gezielte Vorverdichtung. Wichtigste Arten dieser Vorverdichtung sind Rütteln, Vibrieren, Blasen, Schießen, Saugen (Unterdruck), Verwendung eines Luftstromes. Die nachfolgende zweite Verdichtungsstufe erfolgt ausschließlich durch Pressen, im Allgemeinen von der Formrückseite.
Die Vielzahl der Fertigungsmöglichkeiten und die Variabilität der einsetzbaren Anlagentechnik erschweren eine optimale technisch-wirtschaftliche Bewertung und Auswahl der Formmaschinen und Verfahren. Eine objektive Bewertung ist durch folgende Kriterien möglich.
- Höhe der Verdichtung beziehungsweise Formfestigkeit im Modellbereich; besonders bei kompakten Gussteilen wird davon die Maßgenauigkeit beeinflusst,
- Verdichtungsverteilung und Gleichmäßigkeit der Formverdichtung,
- Verdichtbarkeit enger Formpartien und hängender Ballen,
- Ausformverhalten,
- Ausnutzungsgrad der Teilungsebene,
- maschinentechnische Aufwendungen,
- Platzbedarf,
- Beanspruchungen des Modells,
- Anforderungen an Formkästen (Stabilität, Pass- und Maßgenauigkeit),
- notwendige Zusatzeinrichtungen für Formeinrichtungen, zum Beispiel Entlüftungsdüsen an Modellen,
- Anforderungen an den Formstoff und an die Formstoffaufbereitung (mögliche Toleranzen der Formstoffeigenschaften),
- technisch-wirtschaftliche Gesichtspunkte wie Verfügbarkeit der Anlage, Wartungsaufwand, Kosten, Personalaufwand, Energiebedarf und Geräuschentwicklung.
